[发明专利]一种河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统及其测绘方法

权利要求书

1.一种河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，其特征在于，包括承重平台、测绘平台、测绘装置、自动控制装置、数据传输装置，所述承重平台固定在涉水结构物周围，所述测绘平台安装于所述承重平台上方，并包覆于涉水结构物周围，所述测绘装置沿周向安装于所述测绘平台外侧，所述自动控制装置和数据传输装置安装于涉水结构物上方的桥梁柱一侧，所述测绘装置和数据传输装置与所述自动控制装置电性连接。

2.根据权利要求1所述的河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，其特征在于，所述承重平台为对拉结构，包括两根矩形空心型钢，螺栓和螺母，所述矩形空心型钢上开设有圆形通孔，所述螺栓穿过两根所述矩形空心型钢上相对应的圆形通孔，所述螺栓伸出所述圆形通孔的端部连接有螺母，所述螺母拧紧将所述矩形空心型钢固定于涉水结构物外壁上，且承重平台的位置要高于自由水面。

3.根据权利要求2所述的河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，其特征在于，所述测绘平台包括若干圆形截面空心钢管和空心弯管，所述空心钢管和空心弯管两端均为螺纹丝扣，空心钢管之间及空心钢管与空心弯管之间均通过连接螺母相连，空心钢管水平外侧面等间距开设圆形螺丝孔，测绘装置通过所述圆形螺丝孔安装在测绘平台上。

4.根据权利要求3所述的河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，其特征在于，所述的测绘装置包括不锈钢管，所述不锈钢管侧壁开设贯通状矩形槽孔，靠近不锈钢管两端管头处分别内衬安装有同心轴承，所述同心轴承上安装固定一丝杆，所述丝杆在靠近两个同心轴承处分别设置限位开关，所述不锈钢管一端用圆形封堵盖板封闭，所述封堵盖板中心处开设圆孔，所述封堵盖板上安装有小型步进电机，所述步进电机转动轴可穿过所述封堵盖板上的圆孔，再通过联轴器与所述丝杆相连，所述丝杆上安装有一个丝杆套，所述丝杆套下方固定有测绘源，所述不锈钢管的另一端设有螺纹丝扣，可拧接在测绘平台中各圆形截面空心钢管水平外侧面等间距开设的圆形螺丝孔中。

5.根据权利要求4所述的河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，其特征在于，所述丝杆套通过圆管状滑块与所述测绘源连接，所述圆管状滑块直径略小于所述贯通状矩形槽孔宽度。

6.根据权利要求5所述的河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，其特征在于，所述测绘源包括保护圆壳和微型单波束超声换能器，所述微型单波束超声换能器固定于所述保护圆壳内，所述保护圆壳与所述圆管状滑块相连。

7.根据权利要求6所述的河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，其特征在于，所述的自动控制装置包括线缆、电机自动控制模块、串口模块、GPRS模块和终端计算机，所述线缆一端与步进电机相连，另一端与电机自动控制模块相连，所述电机自动控制模块通过串口模块与GPRS模块相连，所述GPRS模块可通过无线数据网络与终端计算机通讯，所述终端计算机能够发出指令，控制所述步进电机按设定的步进角旋转。

8.根据权利要求7所述的河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，其特征在于，所述的数据传输装置包括数据线、数据采集存储模块和软件平台，所述数据线一端与所述单波束微型超声换能器相连，另一端与数据采集存储模块相连，所述数据采集存储模块通过所述串口模块与所述GPRS模块相连，所述GPRS模块可通过所述无线数据网络与所述终端计算机通讯，并将所述单波束微型超声换能器采集到的三维地形数据传输至软件平台，所述软件平台可绘制出三维地形。

9.采用如权利要求1至8中任一项所述的河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统的测绘方法，包括以下步骤：

a.将承重平台通过对拉螺栓固定在涉水结构物周围，依据涉水结构物平面形状组装测绘平台，并将其安装于承重平台之上，测绘装置通过螺纹丝扣安装在测绘平台外侧；

b.终端机发出指令，让每个测绘装置的步进电机带动丝杆转动，丝杆套会沿着丝杆滑动，使得所有单波束微型超声换能器复位到贴近涉水结构物外侧面处；

c.建立河工模型实验工况，标定单波束微型超声换能器声透镜表面至模型原始床沙面的距离，按测绘精度需求选取超声换能器移动速度，设定步进电机转动角速度；

d.河工模型实验开始后，终端计算机发出指令，让步进电机正传，超声换能器向远离涉水结构物方向运动，并将采集到的冲刷地形数据无线传输给终端计算机，当超声换能器到达远端处的限位开关，完成一次地形扫描；

e.令步进电机反转，带动超声换能器向靠近涉水结构物方向运动，并将采集到的冲刷地形数据无线传输给终端计算机，当到达近端处的限位开关后，完成又一次扫描；

f.不断重复上述步骤d和e，直至河工模型实验结束，绘制系统完成了涉水结构物周围动态冲淤地形的全过程绘制。